[发明专利]制备非均匀应力同质结薄膜的方法

说明书

一种制备非均匀应力同质结薄膜的方法，包括：(1)在初始衬底上形成牺牲层，获得牺牲层/初始衬底结构；(2)在牺牲层上形成自支撑薄膜，获得自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底结构；(3)将自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底结构置于能够溶解牺牲层的溶液中直至牺牲层完全溶解，使得自支撑薄膜与初始衬底脱离接触，获得自支撑薄膜；(4)将自支撑薄膜以不完全覆盖目标衬底的方式转移至目标衬底上，以获得不完全覆盖目标衬底的自支撑薄膜/目标衬底结构；(5)在自支撑薄膜/目标衬底结构上形成目标薄膜；自支撑薄膜与目标衬底为具有不同晶格常数的不同种材料。本发明的方法灵活，简易且能够普适性地得到非均匀应力同质结薄膜。

技术领域

本发明属于材料领域。具体地，本发明涉及制备非均匀应力同质结薄 膜的方法。

背景技术

薄膜材料如氧化物薄膜、氮化物薄膜等拥有丰富的物理性质，在科学 研究以及生产生活中具有重要的意义。通常高质量的单晶薄膜都是通过外 延生长的方式获得，而这也通常意味着外延的薄膜会受到衬底的约束。单 晶薄膜中的应力状态会对薄膜物性产生巨大影响，薄膜中的应力状态以及 其对物性的调控是一个重要的研究方向。

目前主流的薄膜外延方式如化学气相沉积(CVD)，脉冲激光沉积 (PLD)，分子束外延(MBE)均是在均匀的单晶衬底上外延生长出均匀 的薄膜，外延出的薄膜中应力状态也是均匀的。

在同一薄膜中实现不同的应力状态是一个新的探索方向。同一薄膜中 出现不同的应力状态对薄膜电学性能以及相关的谱学测试都有很大的影 响，研究处于非均匀应力状态下的薄膜具有重要的意义。

因此目前急需一种制备非均匀应力同质结薄膜的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种普适的制备非均匀应力同质结薄膜的方法。 通过本发明的方法制备得到的非均匀应力薄膜可以表现出与单一均匀应 力薄膜不同的电学输运以及电磁学性质。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的。

在本发明的上下文中，术语“不同种材料”是指具有同种晶体结构(即 相同的原子堆叠方式)，且元素组成不相同的材料。

在本发明的上下文中，术语“晶格适配”是指各材料彼此之间的晶格 失配率小于等于5％。比如，A材料和B材料晶格适配是指(A材料的晶 格常数-B材料的晶格常数)/A材料的晶格常数≤5％，当然，这种情况下， A材料的晶格常数大于B材料的晶格常数。如果B材料的晶格常数大于A 材料的晶格常数，则A材料和B材料晶格适配是指(B材料的晶格常数-A材料的晶格常数)/B材料的晶格常数≤5％。本发明提供一种制备非均匀 应力同质结薄膜的方法，其包括如下步骤：

(1)在初始衬底上形成牺牲层，以获得牺牲层/初始衬底结构；

(2)在所述牺牲层/初始衬底结构的牺牲层上形成自支撑薄膜，以获 得自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底结构；

(3)将所述自支撑薄膜/牺牲层/初始衬底置于能够溶解牺牲层的溶液 中直至牺牲层完全溶解，使得自支撑薄膜与初始衬底脱离接触，获得自支 撑薄膜；

(4)将所述自支撑薄膜以不完全覆盖目标衬底的方式转移至目标衬 底上，获得不完全覆盖目标衬底的自支撑薄膜/目标衬底结构；

(5)在所述自支撑薄膜不完全覆盖目标衬底的自支撑薄膜/目标衬底 结构上形成目标薄膜，即获得非均匀应力同质结薄膜；

其中，所述自支撑薄膜与目标衬底为具有不同晶格常数的不同种材 料。

本发明的方法可以普适地制备自支撑薄膜并实现自支撑薄膜的转移。 自支撑薄膜和目标衬底只需是具有不同晶格常数的不同种材料即可。在本 发明中，对自支撑薄膜和目标衬底的晶面没有特殊限定，二者的晶面可以 相同，也可以不同。通过本发明的方法可生长各种高质量的非均匀应力同 质结薄膜。